สิ่งที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล คือ หลุมดำ
ตรงกันข้ามกับสิ่งต่างๆ อย่างดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์
มันไม่มีขีดจำกัดของขนาดทางกายภาพ และสามารถขยายใหญ่โตได้อย่างไม่สิ้นสุด
แม้ว่าในความเป็นจริง จะต้องมีบางสิ่งเกิดขึ้น เพื่อสร้างหลุมดำประเภทต่างๆ
ตั้งแต่หลุมเล็กๆ ไปจนถึงหลุมที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล
ดังนั้น หลุมดำเติบโตได้อย่างไร และหลุมดำใหญ่ที่สุดได้ถึงเพียงใด?
[INTRO]
วิดีโอนี้จะไม่พูดถึงว่า หลุมดำทำงานหรือก่อตัวอย่างไร
เนื่องจากเราได้พูดถึงรายละเอียด ในซีรีส์หลุมดำและดาวนิวตรอนไปแล้ว
คุณสามารถตรวจสอบมันได้ภายหลัง
ตอนนี้เรากำลังสนใจที่จะ ค้นหาสิ่งที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล
เรามาเริ่มกันเลย จากจุดที่เล็กมากๆ
หลุมดำยุคแรกเริ่ม
เป็นหลุมดำชนิดที่เล็กที่สุด อาจมีหรือไม่มีอยู่จริงก็ได้
หากมีอยู่จริง มันอาจเป็นวัตถุที่เก่าแก่ที่สุด ในจักรวาล เก่าแก่กว่าอะตอมเสียอีก
พวกมันจะก่อตัวขึ้นหลังจากเกิดบิ๊กแบง
เมื่อจักรวาลมีพลังงานรุนแรงจนหนาแน่น
จนกระเป๋าเล็กๆ ที่หนาแน่นกว่าเพื่อนบ้าน เพียงเล็กน้อยสามารถผลิตหลุมดำได้
หลุมดำยุคแรกเริ่มที่เล็กที่สุดที่ยังคงมีอยู่ จะมีน้ำหนักล้านล้านกิโลกรัม ประมาณนั้น
มวลเท่ากับภูเขาลูกใหญ่ ถึงอย่างนั้น มันก็ไม่ได้ใหญ่ไปกว่าโปรตอน
หลุมดำยุคแรกเริ่มที่มีมวลเท่ากับโลก จะใหญ่กว่าเหรียญเพียงเล็กน้อย
ทำให้มันหายากมากๆ เราจึงหามันไม่เจอเลย
ถ้ามันมีอยู่จริง มันอาจเป็น สสารมืดลึกลับที่รวมกาแล็กซีไว้ด้วยกัน
มาดูหลุมดำประเภทต่างๆ ที่เรารู้ว่ามันมีอยู่จริงกัน
หลุมดำดาวฤกษ์
ในการสร้างหลุมดำ เราจำเป็นต้อง บีบอัดสสารจนมันยุบลงสู่ตัวมันเอง
หลังจากนั้น ยิ่งเราโยนมวลให้มากเท่าไหร่ มันก็จะใหญ่มากขึ้นเท่านั้น
ในจักรวาลปัจจุบัน เฉพาะเหตุการณ์จักรวาล ที่รุนแรงที่สุดเท่านั้นที่สร้างสภาวะที่จำเป็นได้
เช่น การรวมกันของดาวนิวตรอน หรือเมื่อ แกนของดาวมวลมากยุบตัวในซุปเปอร์โนวา
เพื่อให้มีหน่วยในการเปรียบเทียบด้วย
เราจะใช้มวลของดวงอาทิตย์ ประมาณ 2 ล้านล้านล้านกิโลกรัม
หลุมดำที่เล็กที่สุดเท่าที่รู้จักกัน มีมวลดวงอาทิตย์เท่ากับ 2.7
ซึ่งเป็นทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณ 16 กม. ใหญ่พอที่จะคลุมปารีส
หลุมดำน้ำหนักเบาอีกแห่งคือ เพื่อนร่วมทางของ V723 Mon ดาวยักษ์แดง
ดาวดวงนี้ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเรา 24 เท่า และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 ล้านกิโลเมตร
อย่างไรก็ตาม มันหมุนไปรอบๆ หลุมดำเล็กๆ ที่มีความกว้างเพียง 17.2 กม.
สิ่งเล็กๆ ที่กลั่นแกล้งดาวดวงนี้ มีขนาดเล็ก มากจนเราแทบจะไม่สามารถเปรียบเทียบได้
หนึ่งในหลุมดำดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุด ที่เรารู้จักกันดี คือ M33 X-7
ปัจจุบันมันใช้เวลาในการกินดาวยักษ์น้ำเงิน ที่มีมวลดวงอาทิตย์ 70 ทีละเล็กทีละน้อย
ขณะที่สสารที่ถูกขโมยไปทั้งหมดหมุนวน สู่หลุมดำ เหมือนกับน้ำไหลลงท่อระบายน้ำ
ความเสียดทานจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น จนส่องสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ 5 แสนเท่า!
ถึงอย่างนั้น X-7 ก็มีมวลดวงอาทิตย์ 'เพียง' 15.65 และกว้าง 92 กม. เท่านั้น
ใหญ่พอที่จะแรเงาบนเกาะคอร์ซิกา
เพื่อให้มีขนาดใหญ่ขึ้น หลุมดำต้องกลืนกินดาวจำนวนมาก
หรือดีกว่านั้น รวมเข้ากับหลุมดำอีกแห่งหนึ่ง
เครื่องมือที่ทำให้สามารถตรวจจับ การรวมกันของหลุมดำนั้นใหม่มากๆ
ดังนั้นเราจึงกำลังค้นพบสิ่งที่น่าตื่นเต้นมากมาย
เช่นเดียวกับหลุมดำขนาดใหญ่ 2 แห่งที่เราพบ ในกาแล็กซีที่ห่างออกไป 17 พันล้านปีแสง
ขณะที่มันหมุนรอบกันอย่างรุนแรง
พวกมันจะปล่อยพลังงาน ในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง
มากกว่าแสงที่รวมกันจากดาวทุกดวง ในทางช้างเผือก ใน 4,400 ปี
หลุมดำที่ก่อตัวขึ้นใหม่นั้นมีขนาดประมาณ ประเทศเยอรมนี และมีมวลดวงอาทิตย์ 142
และที่นี่ เราได้พบกับ ช่องว่างระหว่างขนาดที่น่าสงสัย
มีหลุมดำจำนวนมากที่มีมวลดวงอาทิตย์ 150 จากนั้นก็ไม่มีอะไรอีกเลย
จนกระทั่งเราพบกับหลุมดำ ที่มีมวลมากขึ้นหลายล้านเท่า
ซึ่งก็ค่อนข้างสับสน เพราะเรามีความคิดว่า หลุมดำมีการเติบโตและเติบโตอย่างต่อเนื่อง
แต่สำหรับหลุมดำที่มีมวลมากที่สุด
กระบวนการนี้ยังไม่เร็วพอที่จะอธิบาย การมีอยู่ของหลุมดำประเภทนี้ในปัจจุบัน
จักรวาลมีอายุไม่มากพอ ที่หลุมดำมวลยิ่งยวดพวกนี้
จะก่อตัวขึ้นจากการกินดาวฤกษ์ และรวมเข้ากับหลุมดำอื่นๆ
ต้องมีอะไรเกิดขึ้นอีกแน่ๆ
เพื่ออธิบายว่าเราได้หลุมดำ ที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลมาได้อย่างไร
เราอาจต้องใช้ดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา
นั่นคือ Quasi Stars (ควอไซสตาร์)
เพื่อให้เข้าใจถึงขนาดของมัน
เราสามารถเปรียบเทียบกับ ดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ดวงอาทิตย์ของเราจะเหมือนกับเม็ดทราย ที่อยู่ถัดจากดาวพวกนั้น
เราไม่รู้ว่า Quasi Stars มีอยู่จริงหรือไม่
แต่ก็เป็นแนวคิดที่น่าสนใจเมื่อพูดถึง การพัฒนาของหลุมดำที่อัดประจุมากเกินไป
แนวคิดก็คือ สสารในเอกภพยุคแรก นั้นมีความหนาแน่นมาก
จนควอไซสตาร์สามารถเติบโต เป็นพันเท่าของมวลของดวงอาทิตย์ของเรา
แกนกลางของดาวเหล่านี้อาจถูกบดขยี้ ด้วยน้ำหนักของตัวมันเองจนยุบเป็นหลุมดำ
ในขณะที่ดาวกำลังก่อตัวอยู่
ตรงกันข้ามกับดาวฤกษ์ในปัจจุบัน ที่จะทำลายตัวเองในขณะที่เกิดกระบวนการ
ภายในควอไซสตาร์ ความสมดุลที่อันตรายอาจเกิดขึ้นได้
แรงโน้มถ่วงกดดาวมวลมหาศาลไว้ด้วยกัน
ป้อนหลุมดำและทำให้ ส่วนประกอบของมันร้อนจัด
ในระดับที่แรงดันการแผ่รังสี ที่ทำให้ดาวฤกษ์นั้นคงที่
ดังนั้น หลุมดำที่เติบโตอย่างรวดเร็วนี้ จึงอาจสามารถกินควอไซสตาร์
มาเป็นล้านปีและสามารถเติบโตได้ใหญ่ กว่าหลุมดำดาวฤกษ์ทุกแห่งในปัจจุบัน
หลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ และกว้างกว่าโลกทั้งใบหลายพันเท่า
หลุมดำเหล่านี้อาจกลายเป็น เมล็ดพันธุ์ของหลุมดำมวลยวดยิ่ง
หลุมดำมวลยวดยิ่ง
ตอนนี้ เรามาถึงราชาแห่งเอกภพของเรา ซึ่งเป็นวัตถุเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่
ศูนย์กลางของกาแล็กซีส่วนใหญ่จะมี หลุมดำมวลยิ่งยวด และมีขนาดมหึมา
ในทางช้างเผือก เรามี Sagittarius A* ซึ่งเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด
ที่มีมวลดวงอาทิตย์เท่ากับ 4 ล้าน ที่สงบและรวบรวมและทำสิ่งต่างๆ ของมัน
มันอยู่ตรงนั้น เพราะเราเห็นดาวจำนวนหนึ่ง ถูกทิ้งไปรอบๆ จุดที่ดูเหมือนว่างเปล่า
และแม้ว่าจะมีมวลมหาศาลอย่างไม่น่าเชื่อ แต่รัศมีของมันมีแค่ 17 เท่าของดวงอาทิตย์
เล็กกว่าดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ส่วนใหญ่ แต่มีมวลมากกว่าเป็นล้านเท่า
เนื่องจากหลุมดำมวลยิ่งยวดนั้น มีมวลมหาศาลและตั้งอยู่ใจกลางกาแล็กซี
หลายคนจึงจินตนาการว่าหลุมดำเหล่านี้ คล้ายกับดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะ
เป็นสมอที่ยึดทุกสิ่งไว้ด้วยกัน และดึงให้อยู่ในวงโคจร
แต่นี่เป็นความคิดที่เข้าใจผิด
แม้ว่าดวงอาทิตย์จะมีมวล 99.86% ของมวลทั้งหมดในระบบสุริยะ
หลุมดำมวลยิ่งยวดมักมีมวลเพียง 0.001% ของมวลทั้งหมดในกาแล็กซีของพวกมัน
ดาวหลายพันล้านดวงในกาแล็กซี ไม่ได้ถูกดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ
แต่เป็นผลกระทบจากความโน้มถ่วง ของสสารมืดที่ยึดมันไว้ด้วยกัน
หลุมดำมวลยิ่งยวดจำนวนมาก ไม่ใช่ยักษ์ที่อ่อนโยน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพวกมัน กินเมฆจำนวนมากที่ใจกลางกาแล็กซี
หลุมดำในใจกลางกาแล็กซี BL Lacertae กำลังกลืนกินสสารจำนวนมาก
จนทำให้เกิดไอพ่นของพลาสมา ซึ่งเร่งความเร็วจนเกือบเท่ากับความเร็วแสง
หากโลกโคจรรอบวัตถุขนาดมหึมานี้
มันอาจจะดูใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเรา บนท้องฟ้าถึง 115 เท่า
และเราจะถูกเผาจนเกรียมในไม่กี่วินาที โดยจานสะสมความร้อนที่เรืองแสงของมัน
ในจุดนี้ หลุมดำมีขนาดใหญ่มากจนดาว ดูเล็กอย่างน่าขันเมื่อเทียบกับพวกมัน
กาแล็กซี Cygnus A มีหลุมดำมวลยิ่งยวด ที่มีมวลดวงอาทิตย์ 2.5 พันล้าน
และกว้าง 14.7 พันล้านกม.
หมายความว่า ถ้ามันมาแทนที่ดวงอาทิตย์ มันจะกลืนดาวเคราะห์ทั้งหมด
และยืดไปครึ่งหนึ่งจนถึงขอบของระบบสุริยะ
มันกินมวลและวัสดุจำนวนมากจน ปั่นจานสะสมมวลเป็นกรวยแม่เหล็ก
หมุนแก๊สจนกลายเป็น กลีบคลื่นวิทยุยาวข้ามกาแล็กซี
เส้นผ่านศูนย์กลางกว่าครึ่งล้านปีแสง
นั่นคือความกว้างทางช้างเผือก 2.5 เท่า
หลุมดำมวลยิ่งยวดที่ค่อนข้างมหึมาอีกหลุม ตั้งอยู่ในกาแล็กซี Messier 87
มีมวลดวงอาทิตย์ 6.5 พันล้าน และเป็นหลุมดำหลุมแรกที่เราได้ถ่ายภาพจริง
หรือก็คือแก๊สเรืองแสงรอบๆ ขอบเงาอันตราย
ทรงกลมแห่งความมืดมิดนี้มีขนาดใหญ่ มากจนครอบคลุมทั้งระบบสุริยะของเรา
นอกจากนี้ ยังมีขนาดที่ใหญ่กว่าวัตถุประเภทนี้
หลุมดำมวลมหาศาล
ตอนนี้เรามาถึงหลุมดำที่มีมวลมากที่สุด
บางทีมันอาจเป็นวัตถุเดี่ยว ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา
หลุมดำพวกนี้กินเข้าไปมาก เติบโตจนมีมวลดวงอาทิตย์หลายหมื่นล้าน
แรงโน้มถ่วงของมันเป็นเครื่องยนต์ ให้กับ quasar (เควซาร์)
ซึ่งเป็นจานสะสมมวลที่ส่องสว่างกว่า กาแล็กซีที่เต็มไปด้วยดวงดาวหลายพันแห่ง
มันมีขนาดมหาศาลมาก จนสมควรได้รับตำแหน่งเป็นของตัวเอง
หลุมดำมวลมหาศาล
หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแล็กซี OJ 287 มีมวลดวงอาทิตย์ 18 พันล้าน
ใหญ่มากจนมีหลุมดำมวลยิ่งยวดที่ใหญ่กว่า Sagittarius A* เกือบสี่เท่าโคจรรอบมัน!
สิ่งนี่ท้าทายจินตนาการ และยากที่จะเปรียบกับสิ่งใดๆ
สามารถใส่ระบบสุริยะ 3 ระบบ ไว้ข้างๆ กันได้อย่างสบายๆ
ให้เรายุติการแข่งขันสุดบ้าระห่ำนี้ และไปหาจ้าวแห่งราชาทั้งปวง
TON 618 หลุมดำที่เราสังเกตได้ สำหรับกาแล็กซีที่กำลังกินสสาร
ที่มีค่าส่องสว่างของดาวฤกษ์นับร้อยล้านดวง ซึ่งมองเห็นได้จากระยะไกลถึง 18 พันล้านปีแสง
มันมีมวลดวงอาทิตย์มาก อย่างไม่น่าเชื่อถึง 66 พันล้าน
หลุมดำมีขนาดใหญ่มาก จนแสงต้องใช้เวลาเป็นสัปดาห์
จนกว่าจะถึงภาวะเอกฐาน หลังจากที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไป
ระบบสุริยะประมาณ 11 ระบบ สามารถวางไว้ข้างกันได้
มันอาจเป็นวัตถุเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล
แต่ในความเป็นจริง มันอาจมีขนาดใหญ่กว่านั้นอีก
เนื่องจาก TON 618 อยู่ไกลมากๆ เราจึงเห็นหน้าตาของมันเมื่อ 10 พันล้านปีก่อน
อย่างไรก็ตาม หลุมดำนั้นน่ากลัว และลึกลับ และมีขนาดมหึมา
พวกมันจะยังอยู่ที่นี่ หลังจากที่ทุกสิ่งดับสูญ และเติบโตขึ้นเรื่อยๆ และใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ
โอเค งั้นเรามาเริ่มกันใหม่อีกครั้ง
เริ่มจากหลุมดำที่เล็กที่สุด ไปจนถึงหลุมดำที่ใหญ่ที่สุด
มาลองทำอะไรใหม่ๆ กันในวันนี้ เราเรียกมันว่า "เบื้องหลังการโกหก"
เป็นเบื้องหลังนิดหน่อยเกี่ยวกับ ความไม่ถูกต้องที่จำเป็นในวิดีโอนี้
เพราะมันค่อนข้างเป็นไปไม่ได้จริงๆ ที่จะจัดอันดับหลุมดำเหมือนการเทรดการ์ด
ยังไงน่ะหรอ? ก็แม้ว่าเราจะจัดหมวดหมู่ดาวเป็นล้านๆ ดวง
แต่จริงๆ แล้ว เรามีข้อมูลที่ดี เกี่ยวกับหลุมดำเพียงสองสามโหลเท่านั้น
นั่นเป็นเพราะว่าการดูหลุมดำ ไม่ได้เกิดขึ้นจริง จนกระทั่งเมื่อ 50 ปีที่แล้ว
และในทางเทคนิคแล้วก็ยังไม่ใช่อยู่ดี เพราะเราไม่สามารถเห็นหลุมดำได้
เราทำได้แค่หาสมบัติของพวกมันได้ จากการศึกษาผลกระทบความโน้มถ่วง
ที่มีต่อวัตถุรอบๆ มัน เช่น การโคจรของดาวฤกษ์ที่เข้าใกล้พวกมัน
ผลกระทบนี้ขึ้นอยู่กับมวลของหลุมดำ
ซึ่งเราสามารถประมาณได้ ในระดับพื้นฐานที่สุดด้วยกฎของเคปเลอร์
แต่สิ่งนี้มาพร้อมกับความไม่แน่นอน และแถบข้อผิดพลาดจำนวนมาก
จากนั้น เราต้องแปลงมวลให้เป็นขนาด ถัดมา ก็ทำให้เกิดความไม่แน่นอนใหม่ๆ
ตัวอย่างเช่น เราคำนวณรัศมีจากมวล โดยใช้สมการของชวาทซ์ชิลท์
เพื่อความง่าย จึงสมมติว่า หลุมดำกลมสนิทและไม่หมุน
ซึ่งเป็นหลุมดำประเภทที่ไม่มีอยู่จริง
ความจริงก็คือ ฟิสิกส์ในระดับนี้ค่อนข้างคลุมเครือ
ดังนั้นหลุมดำบางส่วนที่เราพูดถึงนี้ อาจเล็กกว่าหรือใหญ่กว่านั้นเล็กน้อย
เรายังไม่ทราบแน่ชัด
เราปะติดปะต่อปัญหาเหล่านี้โดยการ เปรียบเทียบแหล่งข้อมูลที่แตกต่างกัน
ด้วยค่าที่แตกต่างกัน และใช้การคำนวณจำนวนมากที่ต่างกัน
จนมาถึงลิสต์ที่ได้มาตรฐานที่ถูกต้องที่สุด เท่าที่เป็นไปได้สำหรับมนุษย์
คุณสามารถดูทั้งหมดนี้ได้ ในเอกสารแหล่งที่มาของเรา
ด้วยเหตุนี้ สคริปต์นี้จึงถูกเขียนขึ้น พร้อมกับน้ำตาของผู้เชี่ยวชาญ
เราจึงคลั่งไคล้ความหลงใหลในคุณค่า ที่ดีที่สุดที่พวกเขาสามารถมีชีวิตได้
ในขั้นตอนนี้ มีหลายอย่างถูกตัดออกไป และไม่ได้ทำเป็นวิดีโอสุดท้าย
แต่โชคดีที่เราพบวิธีที่จะไม่ทำให้เสียของ
เราสร้างสินค้าเกี่ยวกับหลุมดำจำนวนมาก
ที่ครอบคลุมทั้งหมดตั้งแต่เรื่องบ้าๆ บอๆ ไปจนถึงด้านที่จริงจังกว่านี้
วิธีนี้ทำให้เราได้สำรวจหัวข้อจากมุมต่างๆ
และคุณจะได้สนุกกับหลุมดำต่อไป หลังจากวิดีโอนี้จบลง
[OUTTRO]
translated by Anothertemp_